Los átomos y la alegría de vivir.

Para Epicuro, el cuerpo y el alma se extinguen al morir, esparciéndose en el vacío los átomos que agrupados los formaban, de modo que no hay nada más allá de la muerte salvo la reagrupación de los átomos.

Retrato de Demócrito obra de Johannes Moreelse, 1630, conservado en el Museo Central de Utrecht.

Muchos grandes pintores recrean la imagen de Demócrito riendo, sin embargo, fue Epicuro el primero que relacionó los átomos con la alegría de vivir. La historia de esta extraña concordancia, tan sorprendente este tórrido verano cuyo colofón ha sido la tremenda película sobre Oppenheimer, seguramente la inició Zenón de Elea al poner de manifiesto que ni el espacio ni el tiempo podían dividirse infinitamente. El atlético héroe Aquiles jamás alcanzaría a la parsimoniosa tortuga.

Primero Leucipo y luego Demócrito concluyeron que con la materia debería suceder lo mismo, y lo mínimo en que se podía dividir se denominaría átomo. Y, lógicamente, tiene que haber un vacío en el que se muevan esos átomos. El tiempo permite que estos generen paso a paso o, mejor, golpe a golpe entre ellos, todo lo que llamamos mundo. Estamos entre 400 y 500 años antes de Cristo.

Un siglo más tarde, Epicuro estableció una relación pasmosa: los átomos permitían alcanzar la ansiada alegría de vivir. Al morir, el cuerpo y el alma se extinguen esparciéndose en el vacío los átomos que agrupados los formaban; no hay nada más allá de la muerte salvo la reagrupación de los átomos dando lugar a nuevas cosas en danza perpetua de la naturaleza. Mucho menos hay premios o castigos. Conclusión: no hay que temer a la muerte sino al dolor y, por lo tanto, a vivir que son dos días, dicho todo esto en unas 42 obras escritas de mayor o menor extensión. Al parecer, porque se perdieron casi todas. Hasta que llegó Tito Lucrecio Caro un par de siglos después con su grandioso poema de 7.400 versos: De rerum natura, aunque también se perdió (lo perdieron), pudo llegar íntegro a nosotros.

Poggio halló ‘De rerum natura’, lo copió y lo tradujo apropiadamente. La imprenta hizo el resto y la ciencia renació El físico matemático italiano Lucio Russo publicó en 1996 La revolución olvidada, cómo la ciencia nació en 300 a. C. y por qué tuvo que renacer. Demuestra, con todo rigor científico, que la ciencia griega y la tecnología romana del siglo V estaban preparadas para dar lugar a la ciencia moderna incluidos el uso del vapor y la electricidad. El historiador estadounidense Stephen Greenblatt ganó el Premio Pulitzer en 2011 con The Swerve (en español se tradujo como El giro) sosteniendo que lo que hizo renacer la ciencia 1.000 años después de que se extinguiera fue la recuperación del poema de Lucrecio.

Tras la caída de Constantinopla, al esparcirse por Europa, los monjes romanos más ilustrados vieron horrorizados que el latín de las copias de los textos clásicos era un desastre. Se desató una noble cacería de obras ilustres y uno de los más afortunados ojeadores fue Gianfrancesco Poggio. Encontró De rerum natura, lo copió y tradujo apropiadamente. La imprenta de Gutenberg hizo el resto, es decir, que llegara a sabios inquietos como Bruno, Galileo, Copérnico, Kepler, seguidos por muchos más. Y la ciencia renació.

El paréntesis de 1.000 años se debió a que las mentes más brillantes de Europa se dedicaron a poner en pie la religión única y verdadera, oficializada por las monarquías, pero de fundamentos poco razonables: Dios era uno y a la vez tres; el más cercano a nosotros nació de una Virgen; su sacrificio para salvarnos se conmemoraba con la extraña transustanciación; el sufrimiento era inevitable e incluso loable en el valle de lágrimas que es la vida, ya vendría la recompensa, si se daba el caso, después de la muerte; y cosas así.

La formidable teología que construyeron era opuesta de raíz a lo que se desprendía de De rerum natura: el universo no tiene creador y todo es resultado de los movimientos y agrupaciones de los átomos que suceden al azar sin causa (aunque pueda sorprender, Lucrecio no era ateo, pues el poema empieza invocando a Venus); el universo no se generó para los humanos y por eso no son únicos; las sociedades humanas y las especies animales no empezaron siendo tranquilas y felices, sino que hubieron de entablar batallas por la supervivencia; el alma muere, no hay vida más allá de la muerte; todas las religiones son supersticiones organizadas e inevitablemente crueles; no hay ángeles, demonios y fantasmas; entender la naturaleza de las cosas genera profundo asombro y bienestar; el mayor objetivo de la vida humana es aumentar el placer y disminuir el dolor; los deseos inalcanzables y el miedo a la muerte son los principales obstáculos para alcanzar la felicidad, pero pueden superarse ejercitando la razón. 

Sería interminable describir, ni siquiera enumerar, los desarrollos científicos y tecnológicos desprendidos del conocimiento de los átomos y sus núcleos, desde la medicina hasta las comunicaciones. Incluso la paz global alcanzada (hasta ahora la más prolongada) es gracias a la disuasión nuclear. Pero permítaseme antes del posible vilipendio, recordar un pasaje entrañable en mi vida.

Hace años, cuando mi padre, según sus palabras, estaba listo, me pidió que hiciera lo necesario para que lo incineraran. No quería convertirse en un pingajo. Averigüé que el cementerio de Sevilla tenía lo apropiado para ello. Su reacción cuando se lo dije no se me olvidará jamás: sonrió ampliamente. Ni él ni yo habíamos leído a Lucrecio.

Manuel Lozano Leyva es catedrático emérito de Física Atómica y Nuclear de la Universidad de Sevilla. Es autor de ‘Urania y Erató. Un divertimento sobre la relación entre la ciencia y la poesía’ (Renacimiento, 2022).

https://elpais.com/babelia/2023-09-30/los-atomos-y-la-alegria-de-vivir.html

3 grandes matemáticos árabes que quizás no conoces (y sus grandes aportes a la ciencia)

Ni la matemática ni la física moderna existirían sin el álgebra. No habría computadoras sin algoritmos, ni química sin alcalinos", dijo el físico teórico Jim Al-Khalili.

El profesor de la Universidad de Surrey realizó el documental de la BBC "Ciencia e Islam".

"El lenguaje de la ciencia moderna todavía tiene muchas referencias a sus raíces árabes", señaló en el programa.

"Desde el siglo XII hasta el XVII, académicos europeos hacían referencia con regularidad a textos islámicos del pasado".

Y saca una copia de Liber Abbaci de Leonardo de Pisa, mejor conocido como Fibonacci, quien se convertiría en el primer gran matemático medieval de Europa.

"Lo que es fascinante es que en la página 406 hay una referencia a un texto antiguo llamado Modum algebre et almuchabale y en el margen está escrito el nombre Maumeht, la versión latinizada del nombre árabe Mohammed", indica Al-Khalili.

Se trataba de Abu Abdallah Muḥammad ibn Mūsā al-Jwārizmī, conocido en español como Al-Juarismi, quien vivió aproximadamente entre los años 780 y 850.

Al-Juarismi describió la idea revolucionaria de que se puede representar cualquier número que desee con solo 10 sencillos símbolos.

El gran matemático, que emigró de Persia oriental a Bagdad, le dio a Occidente los números y el sistema decimal. A menudo se le conoce como el padre del álgebra.

"Muchas de las ideas que anteriormente se pensaba que habían sido conceptos nuevos y brillantes gracias a los matemáticos europeos de los siglos XVI, XVII y XVIII, ahora se sabe que fueron desarrolladas por matemáticos árabes/islámicos unos cuatro siglos antes", escribieron John Joshep O'Connor y Edmund Frederick Robertson, de la Universidad St. Andrews, en Reino Unido.

"En muchos aspectos, las matemáticas que se estudian hoy tienen un estilo mucho más cercano al de la contribución árabe/islámica que a la de los griegos".

Ha habido grandes matemáticos del mundo árabe e islámico a lo largo de la historia. Estos son tres de ellos.

Al-Batani
Para Juan Martos Quesada, profesor jubilado y exdirector del departamento de Estudios Árabes e Islámicos de la Universidad Complutense de Madrid, una de las principales contribuciones de los matemáticos árabes "fue rescatar la ciencia griega y la latina con sus traducciones".

Jim Al-Khalili realizó el documental de la BBC "Ciencia e Islam".

Pero también recuperaron lo mejor de la ciencia desarrollada por los indios.

"La gran importancia de Al-Batani es que logró unir la astronomía y las matemáticas y hacer un mismo campo de estudio", le indicó Martos Quesada a BBC Mundo.

"Aplicó muchas fórmulas matemáticas a la astronomía. Por ejemplo, determinó con una gran precisión el año solar en 365 días, lo cual fue un gran logro, pues estamos hablando de finales del siglo IX y principios del X".

"Con respecto a los equinoccios, los estudió y halló que había errores en las cuentas que había hecho Ptolomeo y eso sirvió para perfeccionar toda la herencia griega de Ptolomeo que recibieron los matemáticos árabes".

Además introdujo una serie de relaciones trigonométricas.

Al-Khalili visitó la Universidad de Padua, en Italia, y vio uno de los libros más importantes de la historia de la ciencia: De revolutionibus orbium coelestium, publicado en 1543 por Nicolás Copérnico.

"La importancia de este libro es enorme. En él, Copérnico argumenta por primera vez, desde la antigüedad griega, que todos los planetas, incluyendo la Tierra, giran alrededor del sol".

"Muchos historiadores lo califican como el iniciador de la revolución científica europea".

Monumento a Nicolás Copérnico en Polonia.

Copérnico cita a Machometi Aracenfis, que es el gran Al-Battānī.

"Es una gran revelación para mí que explícitamente mencione a un musulmán del siglo IX, que le proveyó de una gran cantidad de información sobre sus observaciones".

Al-Batani, nació en 858 cerca de Urfa, Siria, y murió en 929, en Irak.

"Copérnico usó extensamente las observaciones de Al-Batani sobre la posición de los planetas, el sol, la luna, las estrellas".

Jaime Coullaut Cordero, profesor de Estudios Árabes e Islámicos de la Universidad de Salamanca, habló con BBC Mundo sobre Ibn Al-Shatir, un astrónomo y matemático que nació en Damasco alrededor del año 1304.

"Fue poco conocido en Occidente porque sus obras no se tradujeron al latín".

Sin embargo, cuenta que en los años 80, "unos investigadores descubrieron los modelos planetarios de Ibn Al-Shatir y se dieron cuenta de que eran iguales que los modelos propuestos por Copérnico, unos cuantos siglos después".

Alhacén
Shaikh Mohammad Razaullah Ansari, profesor emérito de Física de la Universidad Musulmana de Aligarh, en India, escribió un artículo para la página de la UNESCO sobre un erudito árabe de los siglos X y XI que se dedicó, no sólo a las matemáticas, sino también a la física, mecánica, astronomía, filosofía y medicina.

Se trata del gran Abū Ali al-Ḥasan Ibn al-Haytham al-Baṣrī, conocido en Occidente como Alhazen y, en español, como Alhacén.

Nació en el año 965 en Irak y murió en 1040 en Egipto.

Formó parte de los famosos científicos de El Cairo y fue llamado el "Segundo Ptolomeo" por los eruditos árabes.

Es considerado el padre del método científico moderno.

El primer científico de verdad
Desarrolló la metodología de "la experimentación como otra forma de probar la hipótesis o premisa básica", indica Razaullah Ansari.

Martos Quesada destaca sus contribuciones a los principios de la óptica.

De hecho, según Razaullah Ansari, su obra más famosa fue sobre la óptica: "Kitab fi al-Manaẓir, en latín Opticae Thesaurus, que fue traducida de forma anónima en los siglos XII y XIII".

Tabla de 1882 que ilustra el desarrollo de los números.

Son siete volúmenes en los que estudió de forma experimental y matemática las propiedades de la luz.

Pero también fue un gran matemático, como explica Ricardo Moreno, autor y profesor asociado en la Facultad de Matemáticas de la Universidad Complutense en la página del Centro Virtual de Divulgación de las Matemáticas.

"Fue uno de los primeros matemáticos árabes que abordó con éxito ecuaciones de grado superior al segundo, al resolver geométricamente una de tercero que, más de mil doscientos años antes, había planteado Arquímedes en su obra 'Sobre la esfera y el cilindro'".

En el campo de la teoría de los números, Alhacén hizo una contribución importante con su trabajo sobre los números perfectos.

También hizo aportes en la geometría elemental e investigó casos específicos de los teoremas de Euclides.

Abu Kamil
Ricardo Moreno señala que la muerte de Al-Juarismi "coincidó aproximadamente con el nacimiento en Egipto de Abu Kamil ibn Aslam ibn Mohammed, llamado el calculista egipcio".

"Vivió ochenta años y nos dejó numerosas obras matemáticas. Entre ellas un tratado de álgebra, cuyo original árabe se ha perdido, pero del que nos han llegado dos traducciones, una latina y otra hebrea".

"Las ecuaciones de segundo grado las resuelve geométricamente, como su predecesor de Bagdad, pero se apoya más directamente en los Elementos".

Según una breve biografía de O'Connor y Robertson, es muy poco lo que se sabe de la vida de Abu Kamil.

Pero lo suficiente para entender su rol en el desarrollo del álgebra.

"Kamil fue uno de los sucesores inmediatos de Al-Juarismi", indican los autores.

De hecho, el mismo Kamil destaca el papel de Al-Juarismi como el "inventor del álgebra".

"Sin embargo, hay otra razón para la importancia de Abu Kamil, y es que su trabajo fue la base de los libros de Fibonacci", señalan O'Connor y Robertson.

"Kamil no sólo es importante en el desarrollo del álgebra árabe, sino que, a través de Fibonacci, también tiene una importancia fundamental en la introducción del álgebra en Europa".

https://www.bbc.com/mundo/noticias-60715978

La batalla de la gravedad: Newton vs. Einstein

Fuentes: TopoExpress 

Nota de edición: Tal día como hoy [31 de marzo] de 1727 fallecía en Londres el gran astrónomo, físico y matemático Isaac Newton. ¿Por qué su teoría de la gravedad, considerada como suficiente por los físicos de los dos siglos anteriores, sería sustituida por la de Einstein?

Las ideas de Einstein eran tan iconoclastas que los representantes de la comunidad científica convencional necesitaron algo de tiempo para aceptar a este sedentario funcionario entre sus filas. Aunque publicó su teoría especial de la relatividad en 1905, no fue hasta 1908 que obtuvo su primer cargo académico en la Universidad de Berna. Entre 1905 y 1908, Einstein continuó trabajando en la oficina de patentes de Berna, donde fue promovido a “técnico experto de segunda clase” y donde dispuso del tiempo suficiente para proseguir sus esfuerzos encaminados a ampliar el poder y el alcance de su teoría de la relatividad.

La teoría especial de la relatividad lleva la etiqueta de especial porque se aplica solamente a situaciones especiales, concretamente a aquellas en las que los objetos se mueven a una velocidad constante. En otras palabras, podía ocuparse de situaciones como Bob observando el tren de Alice viajando a una velocidad constante y en línea recta, pero no con un tren que estuviese acelerando o reduciendo la velocidad. Consiguientemente, Einstein intentó reformular su teoría de modo que sirviera para tratar aquellas situaciones en las que se produjera una aceleración o una deceleración. Esta ampliación de la relatividad especial sería pronto conocida como relatividad general, porque podía aplicarse a situación más generales.

Cuando Einstein hizo su primer progreso en la construcción de la relatividad general en 1907, se refirió al mismo como “el pensamiento más feliz de mi vida”. Pero lo que vino a continuación fueron ocho años de suplicio. A un amigo le contó que la relatividad general le obsesionaba tanto que le estaba haciendo descuidar todos los demás aspectos de su vida: “No tengo tiempo de escribir porque estoy ocupado en cosas realmente grandes. Día y noche me devano los sesos tratando de penetrar más profundamente en lo que he descubierto estos dos últimos años y que constituye un avance sin precedentes en los problemas fundamentales de la Física”.

Al hablar de “cosas realmente grandes” y de “problemas fundamentales”, Einstein se estaba refiriendo al hecho de que la teoría general de la relatividad parecía estarle llevando hacia una teoría de la gravedad completamente nueva. Si Einstein estaba en lo cierto, los físicos se verían obligados a poner en entredicho la obra de Isaac Newton, uno de los iconos de la Física.

Newton nació en unas circunstancias trágicas el día de Navidad de 1642: su padre había muerto sólo tres meses antes. Cuando Isaac era todavía un niño, su madre se casó en segundas nupcias con un párroco de sesenta y tres años, Barnabas Smith, que se negó a aceptar a Isaac en su hogar. Fue educado por sus abuelos y a medida que iban pasando los años fue concibiendo un odio cada vez mayor por su madre y su padrastro, que le habían abandonado. De hecho, cuando era un estudiante universitario, compiló un catálogo de los pecados de su niñez que incluía la admisión de “haber amenazado a mi padre y a mi madre con quemarlos a ellos y a la casa en que vivían”.

No tiene nada de extraño, pues, que, al crecer, Newton se convirtiera en un hombre amargado, solitario y en ocasiones cruel. Por ejemplo, cuando fue nombrado director de la Casa de la Moneda Real en 1696, puso en práctica un severo régimen para capturar a los falsificadores, asegurándose de que los convictos de este delito fueran colgados y descuartizados. La falsificación de moneda había llevado a la Gran Bretaña al borde del colapso económico, y Newton consideraba necesarios tales castigos. Además de hacer gala de su brutalidad, Newton utilizó su inteligencia para salvar la moneda nacional. Una de las innovaciones más importantes que introdujo en la Casa de la Moneda fue la de la acuñación con cordoncillo para luchar contra la práctica del recorte, por la que los falsificadores laminaban los bordes de las monedas y utilizaban los pedazos para hacer nuevas monedas.

En reconocimiento a la contribución de Newton, la moneda británica de 2 libras emitida en 1997 tenía la frase SUBIDO A HOMBROS DE GIGANTES grabada en el cordoncillo. Estas palabras están sacadas de una carta que Newton mandó a su colega Robert Hooke en la que escribió: “Si he visto más lejos que otros es porque me he subido a los hombros de unos gigantes”. Esta frase parece una muestra de modestia, una admisión de que las ideas del propio Newton se basaron en las de predecesores ilustres como Galileo y Pitágoras. En realidad, la frase era una referencia velada y maliciosa a lo encorvada que tenía la espalda Hooke. En otras palabras, Newton estaba dando a entender que Hooke no era ningún gigante físico, y por implicación, tampoco un gigante intelectual.

Fueran cuales fuesen sus defectos personales, Newton hizo una contribución sin igual a la ciencia del siglo XVII. Sentó los fundamentos de una nueva era científica con una intensa actividad investigadora que duró apenas dieciocho meses y que culminó en 1666 en lo que hoy se conoce como el annus mirabilis de Newton. La expresión proviene del título de un poema de John Dryden sobre otros acontecimientos sensacionales que tuvieron lugar en 1666, como el hecho de que Londres sobreviviera al Gran Incendio y como la victoria de la flota británica sobre los holandeses. Los científicos, sin embargo, consideran que los verdaderos milagros que tuvieron lugar en 1666 fueron los descubrimientos de Newton. Su annus mirabilis comprende importantes avances en ámbitos como el cálculo, la óptica y sobre todo la gravedad.

En esencia, la ley de la gravedad de Newton dice que todos los objetos del universo se atraen mutuamente. Más exactamente, Newton definió la fuerza de atracción entre dos objetos cualesquiera como

F = G x m1 x m2 / r2

La fuerza (F) entre los dos objetos depende de sus masas (m1y m2) –cuanto mayores son las masas, mayor es la fuerza. Además, la fuerza es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre los dos objetos (r2), lo que significa que la fuerza se va haciendo menor a medida que los objetos se van separando. La constante gravitacional (G) es siempre igual a 6,67 x 10-11 Nm2kg-2, y refleja la fuerza de la gravedad comparada con otras fuerzas como el magnetismo.

El poder de esta fórmula es que condensa todo lo que Copérnico, Kepler y Galileo habían tratado de explicar acerca del sistema solar. Por ejemplo, el hecho de que una manzana caiga al suelo desde el árbol no es porque quiera llegar al centro del universo, sino simplemente porque tanto la Tierra como la manzana tienen masa, y por ello se atraen mutuamente con la fuerza de la gravedad. La manzana acelera hacia la Tierra, y al mismo tiempo la Tierra acelera hacia la manzana, aunque el efecto en la Tierra es imperceptible porque ella es mucho más masiva que la manzana. Asimismo, la ecuación de la gravedad de Newton puede utilizarse para explicar cómo gira la Tierra en torno al Sol porque ambos cuerpos tienen masa y, en consecuencia, se produce una atracción mutua entre ellos. Una vez más, es la Tierra la que gira en torno al Sol y no viceversa porque la Tierra es mucho más masiva que el Sol. De hecho, la fórmula de la gravedad de Newton puede incluso utilizarse para predecir que las lunas y los planetas seguirán unas órbitas elípticas, que es exactamente lo que Kepler demostró después de analizar las observaciones de Tycho Brahe.

Durante varios siglos después de su muerte, la ley de la gravedad de Newton rigió el cosmos. Los científicos asumieron que el problema de la gravedad había sido resuelto y utilizaron la fórmula de Newton para explicarlo todo, desde el vuelo de una flecha a la trayectoria de un cometa. El propio Newton, sin embargo, sospechaba que su comprensión del universo era incompleta: “No sé cuál es la impresión que yo debo producir a los demás, pero a mis ojos no soy más que un niño jugando en la playa y que se divierte al descubrir de vez en cuando un guijarro más liso o una concha más bonita de lo habitual, mientras el gran océano de la verdad se extiende imperturbable ante mí”.

Y fue Albert Einstein el primero en darse cuenta de que en la gravedad de Newton podía haber algo más de lo que él había imaginado. Después de su propio annus mirabilis de 1905, el año en que Einstein publicó varios trabajos de importancia histórica, se concentró en ampliar su teoría especial de la relatividad para formular una teoría más general. Esto comportó una interpretación radicalmente diferente de la gravedad basada en una visión fundamentalmente diferente de cómo los planetas, las lunas y las manzanas se atraen entre sí.

Según Einstein, cuando los físicos y los astrónomos observaban fenómenos en los que intervenía la fuerza de la atracción gravitacional, estaban viendo realmente objetos que reaccionaban a la curvatura del espacio-tiempo . Por ejemplo, Newton habría dicho que una manzana caía al suelo desde el árbol porque había una fuerza de atracción gravitacional mutua entre la manzana y la Tierra, pero Einstein intuía que él disponía ahora de una explicación mejor para esta atracción: la manzana caía al suelo porque quedaba atrapada en el hueco producido en el espacio-tiempo por la masa de la Tierra.

La presencia de objetos en el espacio-tiempo da lugar a una relación bidireccional. La forma del espacio-tiempo influye en el movimiento de los objetos, y al mismo tiempo son estos mismos objetos los que determinan la forma del espacio-tiempo. En otras palabras, las depresiones en el espacio-tiempo que guían al Sol y a los planetas son causadas por estos mismísimos objetos. John Wheeler, uno de los representantes más eximios de la relatividad general en el siglo XX, resumió esta teoría con la siguiente máxima: “La materia le dice al espacio cómo tiene que doblarse; y el espacio le dice a la materia cómo tiene que moverse”. Aunque Wheeler sacrificó la precisión en aras de la concisión (en vez de “espacio” debería haber dicho “espacio-tiempo ”), el suyo sigue siendo un magnífico resumen de la teoría de Einstein.

Esta noción de un espacio-tiempo flexible puede parecer estrafalaria, pero Einstein estaba convencido de que era fundamentalmente correcta. De acuerdo con sus propios criterios estéticos, la relación entre el espacio-tiempo flexible y la gravedad tenía que ser verdadera, o como el propio Einstein decía: “Cuando juzgo una teoría siempre me pregunto: si yo fuera Dios, ¿habría dispuesto las cosas de este modo?”. Pero si Einstein quería convencer al resto del mundo de que estaba en lo cierto, tenía que desarrollar una fórmula que condensase su teoría. Su gran reto fue el de transformar la noción más bien vaga de espacio-tiempo y gravedad más arriba descrita en una teoría formal de la relatividad general expresada de una forma matemáticamente rigurosa.

Einstein necesitaría ocho años de ardua investigación teórica antes de poder sustentar su intuición con una argumentación matemática detallada y razonada, y durante este tiempo sufrió varios contratiempos y tuvo que soportar periodos en los que sus cálculos parecían venirse abajo. El esfuerzo intelectual llevaría a Einstein al borde de una crisis nerviosa. Su estado mental y el nivel de su frustración se perciben en los comentarios que hizo a sus amigos durante estos años. A Marcel Grossman le dijo: “¡Tienes que ayudarme o voy a volverme loco!”. A Paul Ehrenfest le dijo que trabajar en la relatividad era como aguantar “una lluvia de fuego y azufre”. Y en otra carta manifestaba su preocupación por “haber perpetrado una vez más algo relativo a la teoría de la gravitación que de algún modo me expone al peligro de ser confinado en un manicomio”.

El coraje requerido para aventurarse por un territorio intelectual inexplorado no puede subestimarse. En 1913 Max Planck incluso advirtió a Einstein en contra de trabajar en su teoría de la relatividad general: “En mi calidad de amigo debo aconsejarte que lo dejes estar; en primer lugar porque no creo que tengas éxito, y en segundo lugar porque, aunque lo tuvieras, nadie te creería”.

Pero Einstein perseveró, aguantó el suplicio y finalmente completó su teoría de la relatividad general en 1915. Al igual que Newton, Einstein había desarrollado finalmente una fórmula matemática para explicar y calcular la fuerza de la gravedad en cualquier situación imaginable, pero la fórmula de Einstein era muy diferente y se basaba en una premisa completamente diferente –la existencia de un espacio-tiempo flexible.

La teoría de la gravedad de Newton había sido suficiente para los físicos de los dos siglos anteriores, así pues, ¿por qué iban a abandonarla de repente para adoptar la moderna teoría de Einstein? La teoría de Newton podía predecir con éxito el comportamiento de todas las cosas, desde manzanas a planetas, desde balas de cañón a gotas de lluvia, así que ¿qué sentido tenía que Einstein propusiera una nueva teoría?

La respuesta a estas preguntas se encuentra implícita en la naturaleza del progreso científico. Los científicos intentan crear teorías que expliquen y predigan los fenómenos naturales del modo más exacto posible. Una teoría puede funcionar satisfactoriamente durante años, décadas o siglos, pero finalmente los científicos pueden desarrollar y adoptar una teoría mejor, una teoría que sea más precisa o que funcione en una gama más amplia de situaciones y que explique fenómenos previamente inexplicados. Esto fue exactamente lo que sucedió con los primeros astrónomos y su comprensión de la posición de la Tierra en el cosmos. Inicialmente, los astrónomos creían que el Sol orbitaba una Tierra estacionaria y, gracias a los epiciclos y a los deferentes de Ptolomeo, esta era una teoría bastante adecuada. De hecho, los astrónomos la utilizaban para predecir los movimientos de los planetas con un grado de precisión razonable.

Sin embargo, la teoría geocéntrica fue finalmente reemplazada por la teoría heliocéntrica del universo debido a que esa nueva teoría, basada en las órbitas elípticas de Kepler, era más precisa y podía explicar las nuevas observaciones telescópicas, como las fases de Venus. La transición de una teoría a otra fue larga y difícil, pero una vez que la teoría heliocéntrica se hubo impuesto, ya no fue posible volver atrás. De modo parecido, Einstein creía que estaba proporcionando a la Física una teoría de la gravedad mejorada, una teoría más precisa y más cercana a la realidad. En concreto, Einstein sospechaba que la teoría de la gravedad de Newton podía fallar en determinadas circunstancias, mientras que su propia teoría funcionaba en cualquier circunstancia.

Según Einstein, la teoría de Newton produciría resultados incorrectos al predecir fenómenos en aquellas circunstancias en las que la fuerza gravitacional fuese extrema. En consecuencia, para probar que tenía razón, Einstein no tenía más que encontrar uno de estos escenarios y poner a prueba en él tanto su propia teoría como la de Newton. Aquella de las dos teorías que remedase la realidad más exactamente ganaría la competición y se revelaría como la auténtica teoría de la gravedad.

El problema para Einstein era que en la Tierra todos los escenarios comportaban un mismo nivel mediocre de gravitación, y en estas condiciones las dos teorías de la gravedad funcionaban igualmente bien y eran intercambiables. Por consiguiente, comprendió que tenía que buscar fuera de la Tierra y en el espacio para encontrar un entorno con una gravedad extrema que pudiera poner de manifiesto las carencias de la teoría de Newton. Concretamente, sabía que el Sol tiene un campo gravitacional enorme y que el planeta más cercano al Sol, Mercurio, experimentaría una atracción gravitacional muy fuerte. Se preguntó si la atracción del Sol era lo bastante fuerte como para hacer que Mercurio se comportase de una manera inconsistente con la teoría de la gravedad de Newton y perfectamente en consonancia con su propia teoría. El 18 de noviembre de 1915, Einstein dio con el caso que necesitaba –un curioso comportamiento planetario que llevaba décadas preocupando a los astrónomos.

En 1859, el astrónomo francés Urbain Le Verrier había analizado una anomalía en la órbita de Mercurio. El planeta tenía una órbita elíptica, pero en vez de permanecer fija la propia elipse se desplazaba en torno al Sol, tal como se muestra en la Figura 24. La órbita elíptica se va enroscando en torno al Sol dibujando el clásico patrón de un espirógrafo. La variación es muy ligera y equivale tan sólo a 574 segundos de arco por siglo, y se precisan un millón de órbitas y más de 200.000 años para que Mercurio complete su ciclo en torno al Sol y recupere su orientación orbital original.

Los astrónomos habían asumido que el peculiar comportamiento de Mercurio estaba causado por el tirón gravitacional que los demás planetas del sistema solar ejercían sobre su órbita, pero cuando Le Verrier utilizaba la fórmula de la gravedad de Newton encontraba que el efecto combinado de los otros planetas solamente explicaba 531 de los 574 segundos de arco de la variación que se producía cada siglo. Esto significaba que 43 segundos de arco quedaban sin explicar. Según algunos científicos, tenía que haber una influencia extra, no detectada, sobre la órbita de Mercurio que estaba causando estos 43 segundos de arco de variación, algo así como un cinturón interior de asteroides o una luna de Mercurio aún por descubrir. Hubo incluso quien sugería la existencia de un planeta hasta entonces desconocido, llamado Vulcano, en el interior de la órbita de Mercurio. En otras palabras, los astrónomos asumían que la fórmula de la gravedad de Newton era correcta y que el problema estaba en su incapacidad para introducir en la ecuación todos los factores necesarios. Creían que en cuanto encontrasen el nuevo cinturón de asteroides, luna o planeta, podrían rehacer los cálculos y obtener la respuesta correcta de 574 segundos de arco.

Pero Einstein estaba convencido de que no había ningún cinturón de asteroides, luna o planeta por descubrir, y que el problema estaba en la fórmula de la gravedad de Newton. La teoría de Newton funcionaba perfectamente a la hora de describir lo que sucedía dentro del campo de gravedad de la Tierra, pero Einstein estaba seguro de que la extrema gravedad existente cerca del Sol quedaba fuera de la zona de confort de Newton. Esta era una cancha perfecta para la competición entre las dos teorías de la gravitación rivales, y Einstein creía firmemente que su propia teoría podía explicar perfectamente las variaciones que se producían en la órbita de Mercurio.

Se puso, pues, manos a la obra, efectuó los cálculos utilizando su propia fórmula, y el resultado que obtuvo fue el de 574 segundos de arco, lo que coincidía exactamente con la observación. “Durante unos días”, escribió Einstein, “estuve como loco de alegría y excitación”.

Desgraciadamente, la comunidad de los físicos no se quedó totalmente convencida de los cálculos efectuados por Einstein. La comunidad científica es inherentemente conservadora, como ya sabemos, en parte por razones prácticas y en parte por razones emocionales. Si una teoría nueva derroca a otra de más antigua, esta última tiene que ser abandonada y lo que queda de la estructura científica tiene que hacerse cuadrar con la nueva teoría. Una convulsión así solamente se justifica si la comunidad científica está totalmente convencida de que la nueva idea realmente funciona. En otras palabras, la carga de la prueba siempre recae en los defensores de la nueva teoría. La barrera emocional a la aceptación de la misma es igualmente alta. Los científicos de mayor rango, que habían pasado toda la vida creyendo en Newton se mostraban lógicamente reacios a descartar aquello que comprendían y en que confiaban en favor de una teoría advenediza. Mark Twain expresaba esta misma idea de una forma muy perspicaz: “De entrada, ningún científico se mostrará nunca amable con una teoría que no haya propuesto él mismo”.

No tuvo, pues, nada de sorprendente que la comunidad científica se aferrase a su opinión de que la fórmula de Newton era correcta y que los astrónomos antes o después descubrirían un nuevo cuerpo que daría cuenta de la variación en la órbita de Mercurio. Cuando un escrutinio más detallado no reveló signo alguno de la presencia de un cinturón de asteroides, luna o planeta, los astrónomos propusieron otra solución para apuntalar la renqueante teoría de Newton. Cambiando una parte de la ecuación de Newton de r2 a r2,00000016 pudieron salvar más o menos el enfoque clásico y explicar la órbita de Mercurio:

F = G x m1 x m2 / r2,00000016

Pero esto no era más que un truco matemático. No tenía ninguna justificación física, era meramente un intento desesperado de salvar a la teoría de la gravedad de Newton. En realidad, esta clase de retoques ad hoc eran propios de la clase de lógica que había dado lugar anteriormente a que Ptolomeo fuera añadiendo más y más epiciclos a su epicíclica visión de un universo geocéntrico.

Si Einstein quería superar este conservadurismo, vencer a sus críticos y derrocar a Newton, tenía que reunir aún más pruebas en favor de su teoría. Tenía que encontrar otro fenómeno que pudiese ser explicado por su propia teoría y no por la de Newton, algo tan extraordinario que proporcionase una prueba irrefutable, incontrovertible a favor de la gravedad einsteiniana, de la relatividad general y del espacio-tiempo.

Epígrafe del capítulo 2º del libro de Simon Singh Big Bang. El descubrimiento científico más importante…

Fuente: 

https://www.elviejotopo.com/topoexpress/la-batalla-de-la-gravedad-newton-vs-einstein/

Un viaje a los fundamentos del mundo moderno

Los científicos no atisban el alcance de sus experimentos pero saben de su potencial práctico
La comprensión de la naturaleza siempre augura grandes transformaciones

Einstein se apoyó en su amigo Grossman para formular su teoría.
Pocas noticias científicas han alcanzado el impacto  del reciente descubrimiento del bosón de Higgs en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) junto a Ginebra, tal vez lo más parecido a una catedral que ha producido la ciencia moderna. Mueve a la sorpresa que un hallazgo de esta naturaleza, relativo al más oscuro y abstruso rincón de la ya de por sí oscura y abstrusa mecánica cuántica, consiga una repercusión pública de tal magnitud, aunque es cierto que todo parece haber conspirado en este caso para violar los preceptos del periodismo o incluso del sentido común.

Para empezar, el LHC es la mayor y más compleja máquina construida jamás, o “uno de los grandes hitos de la ingeniería humana”, en palabras de sus constructores del  CERN, o Laboratorio Europeo de Física de Partículas. Situada en un túnel subterráneo de 27 kilómetros de perímetro bajo la frontera francosuiza, cuenta con los más avanzados instrumentos y detectores; 10.000 científicos de 100 países están implicados en su diseño y construcción y tiene un presupuesto cercano a los 7.500 millones de euros. Cuando se emplea la expresión Gran Ciencia, esto es exactamente lo que uno tiene en la cabeza.

Y eso no es todo, desde luego. Esta prodigiosa pieza de ingeniería se concibió para permitir a la comunidad internacional de físicos poner a prueba los ingredientes más fundamentales de sus teorías sobre el mundo subatómico, y uno de ellos era el bosón de Higgs cuya existencia se ha confirmado este mismo año, no mucho después de que la mayor máquina construida por la humanidad superara sus previsibles problemas de rodaje. El hallazgo de la partícula de Higgs puede considerarse uno de los mayores éxitos de la ciencia experimental de todos los tiempos, y así lo ha entendido la academia sueca  al conceder el último premio Nobel de Física a François Englert y Peter Higgs, dos de los teóricos que propusieron su existencia en los años sesenta. Todos los ingredientes de una gran noticia están ahí, y esto explica en retrospectiva el impacto mediático de la noticia.

Hay sin embargo una pregunta que se hace cualquier miembro informado del público, que aparece en todos los foros y que posee toda la lógica si se tienen en cuenta los 10 años que ha llevado construir el LHC, los 10.000 científicos que han intervenido y los 7.500 millones de euros asignados al proyecto: ¿para qué sirve esto? ¿Cuál es la utilidad del celebérrimo bosón de Higgs? ¿Cómo piensan los científicos devolver semejante inversión a la sociedad que la ha financiado con sus impuestos? Es una buena pregunta, y una que resulta condenadamente difícil de responder. Y sin embargo, por paradójico que resulte, no es una pregunta que preocupe demasiado a los científicos.

Porque los científicos no saben cuáles son las consecuencias prácticas del bosón de Higgs. Pero saben que serán enormes, porque eso es lo que se desprende de la no muy larga historia de la ciencia. La comprensión profunda de la naturaleza es siempre el prólogo de un conjunto de aplicaciones prácticas que ni siquiera los descubridores de un fenómeno suelen intuir. Pero que siempre tienen escondido en su núcleo el potencial para transformar el mundo de forma radical: las claves del progreso, la receta del futuro. Basta echar un vistazo a la historia de la ciencia para comprobarlo una y otra vez.

Tomen a Newton, el genio británico que fundó la ciencia moderna: no solo sus principios fundamentales, sino también sus modos y sus estrategias, el estilo y la pericia que los científicos siguen usando tres siglos después. Newton se sintió obsesionado desde chaval por unos cuantos enigmas que habían planteado dos gigantes de las generaciones anteriores a la suya: las elegantes curvas elípticas que describían los planetas en su armoniosa órbita alrededor del Sol, tal y como había descubierto Kepler; y el extraño comportamiento de los objetos sometidos a la gravedad de la Tierra que, contra toda intuición —y contra el conocimiento milenario recibido de las ingeniosas ocurrencias de Aristóteles— había demostrado experimentalmente Galileo unas décadas antes.

Las llamadas leyes de Kepler eran, desde luego, un enigma a la altura de la mente más curiosa. Johannes Kepler formuló sus dos primeras leyes en 1609, basándose en las detalladas observaciones de los movimientos planetarios amasadas pacientemente por el astrónomo danés del siglo XVI Tycho Brahe, de largo las más precisas de la época, y de cualquier época anterior. La primera ley no solo dice que los planetas se mueven alrededor del Sol, confirmando el modelo heliocéntrico de Copérnico, sino también la forma matemática exacta que siguen sus órbitas: no son círculos, sino elipses, unas curvas ya descubiertas en tiempos de Platón, pero en un contexto completamente distinto: junto a las hipérbolas y las parábolas, las elipses forman una especie de aristocracia geométrica: las cónicas, los tres tipos de curvas que pueden resultar de cortar un cono, o de tirar al mar un gorro de bruja. Pero ¿por qué los planetas habrían de moverse en elipses?

La segunda ley planteaba un puzle todavía más impenetrable. Los planetas no se movían con la misma velocidad a lo largo de toda su órbita: aceleraban al acercarse al Sol y se frenaban al alejarse. Y no de cualquier forma: Kepler había sido capaz de cuantificar el efecto con precisión matemática, aunque de un modo realmente chocante: si el planeta estuviera unido al Sol por una cuerda imaginaria, la cuerda barrería la misma área por unidad de tiempo. Y la tercera ley, descubierta por Kepler nueve años después que las dos primeras, no hacía más que rizar el rizo: el tiempo que un planeta tarda en dar la vuelta al Sol —lo que en la Tierra llamamos un año— guarda una sorprendente relación con la distancia del planeta al Sol: el cuadrado del periodo de revolución (el cuadrado de lo que dure el año del planeta en cuestión) varía con el cubo de la distancia del planeta al Sol. Estas relaciones matemáticas son tan chocantes que el propio Kepler se dejó llevar a un delirio geométrico para explicarlas, donde cada planeta ocupaba uno de los llamados sólidos platónicos —cubos, tetraedros, icosaedros y cosas así— en una versión reeditada y hasta mejorada de la armonía de las esferas pitagórica.

Pero ese rompecabezas laberíntico de curvas cónicas, cuadrados, cubos y áreas barridas por unidad de tiempo fue exactamente lo que motivó a Newton al reto enorme de resolverlo. El resultado fue la ciencia moderna y la práctica totalidad de la tecnología de los tres últimos siglos —lo que diferencia nuestro tiempo de un mundo de caballos, floretes y mosquetones—, pero la intención de Newton nunca fue cambiar el mundo ni la forma de pensar sobre el progreso de la humanidad. Su motivación fue entender el mundo: aceptar el desafío de sus enigmas físicos y matemáticos, y adoptar la actitud teórica y experimental adecuada para resolverlo. De ahí venimos. Una vez entendido un proceso, la revolución tecnológica es poco menos que inevitable.
Fuente: El País.